Pod koniec roku Dietrich Mateschitz – szef firmy Red Bull ogłosił, że chciałby umożliwić Vettelowi starty w Formule 1 w ciągu dwóch lat.
W 2005 roku startował w zespole ASL Mücke Motorsport w Formule 3 Euro Series. Wywalczył sześć miejsc na podium i w klasyfikacji generalnej został sklasyfikowany na piątym miejscu z 64. punktami. Został także najlepszym debiutantem sezonu.
thumb|Sebastian Vettel w bolidzie Dallara F305 Formuły 3 Euro Series (2006) W 2006 roku przeniósł się do zespołu ASM Formule 3 i kontynuował starty w Formule 3 Euro Series. Odniósł cztery zwycięstwa i został wicemistrzem tej serii. Zadebiutował także w Formule Renault 3.5 w zespole Carlin Motorsport. W dwóch pierwszych wyścigach zwyciężył, a w trzecim wyścigu nie został sklasyfikowany z powodu wypadku, w wyniku którego doznał kontuzji palca. Nie wystartował w czwartym wyścigu.
W 2007 roku kontynuował starty w Carlin Motorsport. Wystartował w siedmiu pierwszych wyścigach Formuły Renault 3.5, w trzech zajmując miejsce na podium i zwyciężając na Nürburgringu. Będąc liderem serii porzucił dalszą część sezonu na rzecz startów w Formule 1.